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第12章　真空中的静电场1

12.1 电荷守恒定律　库仑定律1

12.1.1 电荷 电荷的量子化1

12.1.2　电荷守恒定律2

12.1.3　库仑定律2

12.2　电场强度 电场强度叠加原理4

12.2.1 电场4

12.2.　2电场强度　电场强度叠加原理4

12.2.3 电场强度的计算5

12.3　静电场的高斯定理10

12.3.1　电场线　电通量10

12.3.2　静电场的高斯定理12

12.3.3　高斯定理的应用举例14

12.4　静电场的环路定理17

12.4.1　电场力做功17

12.4.2　静电场的环路定理18

12.4.3 电势能19

12.5　电势　电势叠加原理20

12.5.1　电势　电势叠加原理20

12.5.2　电势差21

12.5.3　电势的计算21

12.6　电场强度和电势梯度的关系23

12.6.1 等势面23

12.6.2 电势梯度24

12.6.3 电场强度和电势梯度的关系25

小结28

思考题30

习题30

物理学家简介　高斯34

附录12A　闪电36

第13章　静电场中的导体和电介质38

13.1　静电场中的导体38

13.1.1　导体的静电平衡38

13.1.2　静电平衡时导体上的电荷分布40

13.1.3　静电屏蔽42

13.2　静电场中的电介质44

13.2.1 电介质44

13.2.2　电介质的极化45

13.2.3　电极化强度46

13.2.4 电极化强度与极化电荷的关系47

13.2.5　有电介质时的静电场49

13.3　有电介质时的高斯定理和环路定理51

13.3.1 有电介质时的高斯定理 电位移51

13.3.2　有电介质时的高斯定理的应用举例53

13.3.3　有电介质时的环路定理56

13.3.4　静电场的边界条件57

13.4　电容器58

13.4.1　电容器及其电容58

13.4.2　电容器电容的计算59

13.4.3　电容器的联接61

13.5　静电场的能量63

13.5.1　电容器的静电能63

13.5.2　静电场的能量63

小结66

思考题68

习题68

物理学家简介　欧姆72

附录13A　生物电现象73

第14章　真空中的恒定磁场76

14.1　恒定电流76

14.1.1 电流和电流密度76

14.1.2　连续性方程和恒定条件77

14.2　恒定电路78

14.2.1　简单电路78

14.2.2　复杂电路81

14.2.3　无源二端线性网络等值电阻计算法83

14.3　磁感应强度　毕奥－萨伐尔定律86

14.3.1　磁场　磁感应强度86

14.3.2　毕奥-萨伐尔定律 磁感应强度叠加原理88

14.3.3　磁感应强度的计算88

14.3.4　运动电荷的磁场　磁矩91

14.4　恒定磁场的高斯定理和安培环路定理92

14.4.1　磁感应线　磁通量92

14.4.2　恒定磁场的高斯定理93

14.4.3　恒定磁场的安培环路定理93

14.4.4　安培环路定理的应用举例94

14.5　磁场对运动电荷的作用96

14.5.1　磁场对运动电荷的作用　洛伦兹力96

14.5.2　带电粒子在均匀磁场中的运动97

14.5.3　带电粒子在非均匀磁场中的运动98

14.5.4　带电粒子在电场和磁场中的运动99

14.5.5　霍尔效应99

14.6　磁场对载流导线和载流线圈的作用101

14.6.1 磁场对载流导线的作用　安培定律101

14.6.2　电流单位“安培”的定义102

14.6.3　磁场对载流线圈的作用　磁力矩103

14.6.4　磁场力的功104

小结105

思考题106

习题107

物理学家简介　安培110

第15章　恒定磁场中的磁介质113

15.1　物质的磁性113

15.1.1　磁介质113

15.1.2　顺磁质和抗磁质的磁化114

15.1.3　磁化强度115

15.1.4　磁化电流115

15.2　有磁介质时的安培环路定理和高斯定理116

15.2.1　有磁介质时的安培环路定理磁场强度116

15.2.2　有磁介质时安培环路定理的应用举例117

15.2.3　有磁介质时的高斯定理119

15.2.4　磁场的边界条件119

15.3　铁磁质120

15.3.1　磁畴121

15.3.2　磁化曲线122

15.3.3　磁滞回线122

15.4　超导体的电磁性质123

小结124

思考题125

习题126

物理学家简介　费曼127

第16章 电磁感应和电磁场130

16.1　电磁感应定律130

16.1.1　电磁感应现象130

16.1.2　楞次定律131

16.1.3　法拉第电磁感应定律132

16.2　动生电动势和感生电动势135

16.2.1　动生电动势135

16.2.2　感生电动势137

16.2.3　感生电场137

16.2.4　涡流140

16.3 自感和互感140

16.3.1 自感140

16.3.2　互感142

16.4　磁场的能量144

16.4.1 自感磁能144

16.4.2　磁场的能量145

16.5　电磁场和电磁波146

16.5.1 位移电流　全电流安培环路定理146

16.5.2　麦克斯韦方程组148

16.5.3 电磁场的物质性和绝对性 电磁场量的相对性149

16.5.4　电磁波的产生及其基本性质150

16.5.5　电磁波谱152

16.6　交流电路153

16.6.1　简谐交流电153

16.6.2　简单交流电路的解法154

16.6.3　交流电的功率156

16.6.4　三相交流电157

16.7　暂态过程　谐振电路160

16.7.1　RL电路的暂态过程160

16.7.2　RC电路的暂态过程160

16.7.3　LC谐振电路161

小结162

思考题163

习题163

物理学家简介　法拉第165

第17章　几何光学168

17.1　几何光学的基本定律168

17.1.1　光的直线传播定律168

17.1.2　光的反射定律169

17.1.3　光的折射定律169

17.2　光在平面上的反射和折射170

17.2.1　光在平面上的反射成像170

17.2.2　光在平面上的折射成像171

17.2.3　全反射173

17.3　光在球面上的反射和折射174

17.3.1　符号法则174

17.3.2　光在球面上的反射成像175

17.3.3　光在球面上的折射成像176

17.4　薄透镜178

17.4.1　薄透镜的成像公式179

17.4.2　薄透镜的横向放大率181

17.4.3　薄透镜的作图求像法181

17.5 光学仪器182

17.5.1　人的眼睛182

17.5.2　放大镜183

17.5.3　显微镜184

17.5.4　望远镜185

17.5.5　照相机186

小结187

思考题188

习题189

物理学家简介　狄拉克189

第18章　光的干涉192

18.1　光的干涉现象192

18.1.1 光源192

18.1.2　光的相干性192

18.1.3　干涉的分类193

18.1.4　光程　光程差194

18.2　杨氏双缝干涉197

18.2.1　杨氏双缝干涉的实验装置197

18.2.2　明暗条纹的位置和条纹间距197

18.2.3　杨氏双缝干涉图样的特点199

18.2.4　劳埃德镜199

18.3　薄膜干涉——等倾干涉200

18.3.1　等倾干涉条纹200

18.3.2　增透膜和增反膜202

18.4　薄膜干涉——等厚干涉203

18.4.1　劈尖203

18.4.2　牛顿环204

18.5　迈克耳孙干涉仪207

18.6　光的空间相干性和时间相干性208

18.6.1　光的空间相干性209

18.6.2　光的时间相干性210

小结211

思考题213

习题213

物理学家简介　托马斯·杨215

第19章　光的衍射217

19.1　光的衍射现象217

19.1.1　光的衍射现象217

19.1.2　惠更斯－菲涅耳原理218

19.1.3　衍射的分类218

19.2　夫琅禾费单缝衍射219

19.2.1　单缝衍射的实验装置219

19.2.2　单缝衍射的光强分布219

19.2.3　单缝衍射图样的特点221

19.3　夫琅禾费圆孔衍射223

19.3.1　夫琅禾费圆孔衍射223

19.3.2　光学仪器的分辨本领223

19.4　光栅衍射225

19.4.1　衍射光栅225

19.4.2　光栅方程226

19.4.3　谱线的缺级227

19.4.4　衍射光谱227

19.5　晶体的X射线衍射229

19.5.1　晶格点阵　X射线229

19.5.2　布拉格方程229

19.5.3　劳厄相和德拜相230

小结230

思考题232

习题232

物理学家简介　菲涅耳233

第20章　光的偏振235

20.1　光的偏振现象235

20.1.1　光的偏振性与五种偏振态235

20.1.2　自然光与线偏振光235

20.1.3　部分偏振光236

20.2　马吕斯定律237

20.2.1　起偏和检偏237

20.2.2　马吕斯定律238

20.3　反射光和折射光的偏振239

20.3.1　反射起偏239

20.3.2　布儒斯特定律240

20.3.3　透射起偏240

20.4　光的双折射现象240

20.4.1　双折射现象240

20.4.2　光轴与主平面241

20.4.3　o光和e光的相对光强241

20.4.4　波片242

20.5　偏振光的干涉243

20.5.1　偏振光干涉的实验装置243

20.5.2　线偏振光干涉的强度分布244

20.5.3　显色偏振245

20.5.4　会聚偏振光的干涉245

20.6　人工双折射和旋光现象246

20.6.1 电光效应246

20.6.2　光弹性效应247

20.6.3　旋光现象248

20.7　光与物质的相互作用248

20.7.1 光的吸收249

20.7.2　光的散射249

20.7.3　光的色散250

小结251

思考题252

习题253

物理学家简介　海森伯255

第21章　物质的本性257

21.1　热辐射　黑体257

21.1.1　热辐射257

21.1.2　黑体258

21.2　黑体的经典辐射定律258

21.2.1　基尔霍夫定律258

21.2.2　斯忒藩－玻耳兹曼定律259

21.2.3　维恩位移定律260

21.2.4　维恩公式和瑞利－金斯公式260

21.3　普朗克的能量子假说和黑体辐射公式261

21.3.1　普朗克的能量子假说261

21.3.2　黑体辐射公式261

21.4　光电效应262

21.4.1　光电效应262

21.4.2　爱因斯坦的光量子理论264

21.4.3　光的本性264

21.5　康普顿散射266

21.5.1　康普顿散射的实验结果266

21.5.2　康普顿散射的理论解释267

21.5.3　光电效应与康普顿散射的关系268

21.6　物质的本性269

21.6.1　德布罗意波的假设269

21.6.2　德布罗意波的实验证明270

21.6.3　物质的本性271

小结272

思考题273

习题273

物理学家简介　德布罗意274

第22章　量子物理基础276

22.1　玻尔的氢原子理论276

22.1.1　卢瑟福散射276

22.1.2　玻尔的氢原子理论277

22.1.3　玻尔理论的实验验证279

22.2　原子中的电子281

22.2.1　电子的自旋281

22.2.2　泡利原理282

22.2.3　原子的壳层结构282

22.2.4　碱金属原子　交换对称性283

22.3　激光284

22.3.1　激光原理284

22.3.2　激光器286

22.3.3　激光的特性和应用288

22.3.4　激光冷却与原子囚禁288

22.4　薛定谔方程289

22.4.1　波函数及其概率解释289

22.4.2　不确定关系291

22.4.3　薛定谔方程292

22.5　薛定谔方程的应用举例293

22.5.1　一维无限深势阱293

22.5.2　一维势垒295

22.5.3　一维谐振子295

小结296

思考题297

习题298

物理学家简介　尼尔斯·玻尔299

第23章 固体物理简介301

23.1　晶体301

23.1.1　晶体的宏观特征301

23.1.2　晶体的微观结构302

23.2　晶体中粒子的结合力和结合能305

23.2.1 晶体中粒子的结合力305

23.2.2　晶体中粒子的结合能307

23.3　固体中的电子309

23.3.1 自由电子的能量分布309

23.3.2　金属导电的量子解释313

23.4　能带、导体和绝缘体314

23.4.1　能带314

23.4.2　导体315

23.4.3　绝缘体316

23.4.4　分子的转动能级和振动能级316

23.5 半导体317

23.5.1　半导体317

23.5.2　pn结318

23.5.3　半导体器件319

小结320

思考题321

习题322

物理学家简介　薛定谔323

附录23A　美丽而神秘的晶体324

第24章　核物理与粒子物理328

24.1　原子核的一般性质328

24.1.1　原子核的构成328

24.1.2　原子核的大小330

24.1.3　原子核的自旋和磁矩330

24.2　核力　原子核的结合能331

24.2.1　核力331

24.2.2　原子核的结合能332

24.3　原子核的放射性和衰变规律333

24.3.1　原子核的放射性333

24.3.2　放射性衰变规律334

24.4　原子核的裂变与聚变336

24.4.1　原子核的裂变336

24.4.2　原子核的聚变337

24.5　粒子及其分类338

24.5.1　基本粒子338

24.5.2　粒子的分类339

24.6　守恒定律340

24.6.1　重子数和轻子数守恒340

24.6.2　同位旋和奇异数守恒341

24.6.3　宇称守恒341

24.7　基本相互作用与标准模型342

24.7.1　基本相互作用342

24.7.2　夸克343

24.7.3　标准模型344

小结345

思考题346

习题346

物理学家简介　卢瑟福347

第25章　天体物理与字宙学350

25.1　天体物理基础350

25.1.1　恒星的演化350

25.1.2　白矮星352

25.1.3 中子星352

25.1.4　黑洞353

25.2　广义相对论简介354

25.2.1　广义相对性原理354

25.2.2　广义相对论的等效原理355

25.2.3　弯曲时空和光线引力偏折355

25.2.4　引力红移356

25.2.5　引力辐射356

25.3　宇宙学简介356

25.3.1　宇宙膨胀357

25.3.2　大爆炸理论357

25.3.3　宇宙背景辐射359

小结360

思考题361

物理学家简介　史蒂芬·霍金361

第26章 现代科学与高新技术的物理基础专题364

26.1　介观物理364

26.1.1　介观物理的特征长度和基本概念364

26.1.2　介观物理中的Landauer-Bü-ttiker公式366

26.1.3　Aharonov-Bohm振荡368

26.1.4　普适电导涨落368

26.1.5　弹道输运369

26.1.6　库仑阻塞370

26.1.7　近藤效应371

26.2　等离子体物理373

26.2.1　等离子体与等离子体物理373

26.2.2　等离子体的基本特征和重要参量374

26.2.3　等离子体物理发展简史377

26.2.4　受控热核聚变377

26.3　ZnO基材料的压电、铁电、介电与多铁性质380

26.3.1　ZnO概述380

26.3.2　ZnO的制备工艺381

26.3.3　ZnO的铁电性质382

26.3.4　ZnO的压电性质383

26.3.5　ZnO的介电性质383

26.3.6　ZnO的多铁性质384

26.3.7　结论与展望384

26.4　超导科技385

26.4.1　超导体概述385

26.4.2　超导体的种类386

26.4.3　超导体的应用389

26.5　光信息存储391

26.5.1　光信息存储概述391

26.5.2　光信息存储原理与特点392

26.5.3　光信息存储的前景393

26.6　非线性光学394

26.6.1　非线性光学概述394

26.6.2　非线性光学的原理394

26.6.3　常见的非线性光学现象395

26.7　纳米科技398

26.7.1　纳米科技概述398

26.7.2　纳米科技的研究领域400

26.7.3　纳米科技前景的展望402

26.8　团簇中的弱相互作用403

26.8.1　弱相互作用团簇403

26.8.2　国内外在该方向的研究现状405

26.8.3　理论研究方法405

26.9　太阳能电池406

26.9.1　太阳能电池概述406

26.9.2　太阳能电池的原理407

26.9.3　太阳辐射及光谱408

26.9.4　常见的太阳能电池材料409

26.10　核电413

26.10.1　核电概述413

26.10.2　核能和平利用的历程414

26.10.3　核电站原理与分类414

26.10.4　世界上典型的商用核电站415

26.10.5 中国已建、在建和筹建的核电站418

26.11　六方YMnO3多铁性薄膜420

26.11.1　多铁材料概述420

26.11.2　六方YMnO3的结构特征421

26.11.3　六方YMnO3薄膜的制备工艺421

26.11.4　六方YMnO3薄膜的电学性质423

26.11.5　六方YMnO3薄膜的反铁磁性与磁电耦合425

26.11.6　结论与展望425

26.12　第三代宽带隙半导体材料SiC427

26.12.1　SiC半导体材料与应用427

26.12.2　SiC的结构和性质428

26.12.3　SiC单晶制备进展430

26.12.4　主要SiC器件432

26.12.5　SiC薄膜制备434

附录443

附录A　历届诺贝尔物理学奖获得者443

附录B　21世纪100个科学难题449

习题参考答案452

关键词索引464

参考文献477